1、中国锂电池隔膜行业深度报告锂电池隔膜行业深度报告本篇报告对锂电池隔膜行业发展现状进行了深度研究，提出了国内隔膜行业发展“两连跳”的分析框架，从技术发展路线、隔膜企业创新能力匹配，国产化时间窗口三个方面对隔膜行业进行了深入分析。三大技术流派占据目前隔膜行业的主流。以美国 Celgard 公司为代表的干法单向拉伸工艺、以中科院化学所为代表的干法双向拉伸工艺、以日韩企业为代表的湿法工艺占据目前隔膜行业的主流，三种技术工艺各具特色，各自引 领相应的市场，本文对三种技术流派以及各自在下游锂电厂商中的供应关系 给予了深入研究。我国隔膜行业国产化进程将呈现“两连跳格局”，生产工艺提升是我国隔膜产业升级的“第
2、一跳”。生产工艺提升和基体材料研发能力增强将造就我国隔膜行业发展的“两连跳”格局。第一跳是生产工艺和设备制造能力突破，其创新驱动力将以企业自身的产业化工艺研发占据主导地位。在制膜工艺方面具有经验积累，并且在生产设备制造方面具有创新能力的企业将在本轮隔膜国产化的大潮中脱颖而出。看清价值寻找创新能力与隔膜行业发展趋势匹配的优秀公司。目前隔膜行业的发展趋势呈现两个主要方向，一种是倾向于更加轻薄的消费类锂电池隔膜；另一种是倾向于使用厚膜或者多层复合隔膜的动力电池类隔膜。按照锂电发展趋势我们给出了创新能力匹配的七个主要方面，能够在创新能力方面与锂电发展趋势匹配的公司具有长期投资价值。两大国家级十二五产业
3、规划强力支撑隔膜行业发展，十二五是跨越式发展的关键时期。近期，国家工信部接连出台的新材料产业十二五规划和电 子信息产业十二五规划均将锂电池隔膜作为重点支持发展的新兴产业给予支持。全球锂电池隔膜用量需求快速增长，未来五年，全球锂电池隔膜需求增速在 20%以上，考虑国产化进程因素，未来两年潜在市场空间有望扩大45 倍。如果新能源汽车行业超预期增长，国内隔膜产品的潜在市场空间有望进一步上升。隔膜行业的选股策略忽略产能，紧盯产量和供应链体系。从名义产能来看现有扩产计划已经远超出市场需求，但结合国内已经成功实现产业化的几家隔膜企业，我们不难发现实际产量和设计产能之间存在较大差异，主要原因是产品收率较低导
4、致了产量和成本的“双杀”，一方面，低收率导致了产品原料的极大浪费，另一方面，低收率导致有效产能利用大幅下降，致使实际 产量与设计产能之间存在较大差异。建议积极关注收率水平高于行业水平并且能够进入下游锂电企业供应体系的隔膜生产企业。从当前隔膜投资的时间窗口来看，上市公司大多在 2012 年完成隔膜生产线建设，建议积极关注2011年底已经实现规模产业化的沧州明珠。正文目录一、溯源锂电池隔膜的技术发展和行业演进 . . .41、从隔膜的作用看其性能要求. . . 4 2、透过隔膜的参数理解其物理意义 .5 3、锂电池隔膜的生产工艺对比 .6 4、隔膜生产的难度在哪里？以湿法为例的技术剖析 . 9 二
5、、格局全球锂电池隔膜行业的竞争生态和演进趋势 . 121、格局动摇日美隔膜厂商的主导地位已经开始松动 . 122技术创新纯粹的 TurnKey 模式无法在竞争中胜出 . 163、能力匹配沿着隔膜的发展趋势挖掘创新能力领先的公司 . 164、新品关注功能性复合膜是发展趋势，PE和PP以外的新材料尚需时间验证.17三、驱动十二五规划强力支撑，需求端爆发可期 . 181、新材料和电子信息两大十二五规划支撑隔膜行业发展 . 182、隔膜行业国产化潜在市场空间两年增至四到五倍 . 19四、策略把握隔膜国产化进程的投资窗口 . 191、抓住隔膜行业国产化“第一跳”的投资窗口. 19 2、忽略产能，紧盯产量
6、和供应链体系 . 20 3、重点公司推荐 . . . . .204、风险提示. . . . . . .22图表目录图1：锂电池隔膜在电池中的位置和作用（钴酸锂电池为例） . 4 图2：干法生产工艺的主要步骤 . 7 图3：湿法生产工艺的主要步骤 . 8 图4：锂电池隔膜技术发展与产业衍生图谱 . 9 图5：对隔膜工业“两连跳”式跨越发展的分析框架 .11 图6：2011 年全球隔膜市场份额对比 . 12 图7：全球锂电池生产重心逐步向中国转移 . 12 图8：中国主要锂电池企业的扩产情况对照 . 13图9：三大短板导致传统的生产线交钥匙工程在隔膜行业不具备竞争力 .16图10：隔膜企业创新能力
7、的匹配程度将决定其市场竞争力大小 . 17 图11：隔膜产品性能改进的两条技术路线 . 18 图12：全球锂电池隔膜需求预测（单位：亿平米） . 19表1：各种生产工艺的特点比较 . 8表2：湿法生产工艺各个主要环节的难点分析. 10 表3：国内锂电池隔膜生产企业地域分布 . 13 表4：国内外主要锂电池隔膜公司总体情况一览表 . 14 表5：A 股上市公司锂电池隔膜业务进展对照表 . 20表 6：涉足隔膜行业上市公司估值对比 . 21 一、溯源锂电池隔膜的技术发展和行业演进1、从隔膜的作用看其性能要求隔膜性能的优异对锂电池性能有重要作用。在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能
8、决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的作用阻隔正负极，同时具备微孔结构允许锂离子通过。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机 溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。图1：锂电池隔膜在电池中的位置和作用（钴酸锂电池为例）从作用出发看性能要求锂电池隔膜一般需要满足如下几个方面的要求：（
9、1）隔断性要求：具有电子绝缘性，保证正、负极的有效隔离；（2）孔隙率要求：有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性；（3）化学和电稳定性要求：由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物，隔膜必须耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性；（4）浸润性要求：对电解液的浸润性好并具有足够的吸液保湿能力；（5）力学强度要求：具有足够的力学性能，包括穿刺强度、拉伸强度 等，但厚度尽可能小；（6）平整性要求：空间稳定性和平整性好；（7）安全性要求：热 稳定性和自动关断保护性能好。敬请阅读末页的重要说明2、透过隔膜的参数理解其物理意义理解隔膜的技术指标含义对于判断隔膜产品的性能优
10、劣具有重要意义，我们接下来试图将隔膜的主要性能参数指标进行简单的介绍，以助于直观地理解隔膜产品的优劣。1、 厚度需要在容量和安全性之间寻找平衡直观地来看，在同样大小的电池中，隔膜厚度越厚，能卷绕的层数就越少，相应容量也就会降低；但是另一方面，较厚的产品，抵抗穿刺的性能会稍高，安全性会高一些，同时同样孔隙率的情况下，越厚的产品，其透气率会稍差，使得电池的内阻会高一点。所以在考虑电池隔膜厚度的时候需要在容量指标和安全性之间寻找一个平衡。隔膜厚度的发展趋势消费类锂电池趋势是追求更薄， 动力电池倾向于厚膜。对于手机、笔记本电脑、电子相框等消耗型锂离子电池，25微米的隔膜逐渐成为标准。然而，由于人们对便
11、携式产品的使用的日益增长，更薄的隔膜， 例如20微米、18微米、16微米、甚至更薄的隔膜开始大范围的应用。对于动力电池来说，由于装配过程的机械要求，往往需要更厚的隔膜，同时厚一些的隔膜往往同时意味着更好的安全性。总体来讲隔膜的厚度直接影响电池的安全性、容量和内阻等指标，目前常用的隔膜厚度 一般为 1640m。2、 孔径在通透性和阻隔性之间寻找平衡锂电池隔膜上面要求有微孔，便于锂离子通过。从现有的工艺水平来看，湿法隔膜的孔径在 0.010.1um，干法隔膜的孔径在 0.10.3um，孔径的大小决定隔膜的透气率，但是过大的孔径有可能导致隔膜穿孔形成电池微短路。总体来看，隔膜的孔径直接影响电池的内阻
12、和短路率。3、 透气率影响锂电池的内阻从定义来看，透气率又叫 Gurley 数，反映隔膜的透过能力。即一定体积的气体，在一定压力条件下通过1平方英寸面积的隔膜所需要的时间。常用的气体体积量一般为50ml或者100ml。透气率从一定意义上来讲，和用此隔膜装配的电池的内阻成正比，即该数值越大，则内阻越大。需要指出的是，对于不同类型和厚度的隔膜，该数字的直接比较没有任何意义。因为锂离子电池中的内阻和离子传导有关，而透气率和气体传导有关，两种机理是不一样的。目前市场上产品的典型指标在200800s/100ml 左右。4、 吸液率衡量隔膜对电解液的浸润程度，影响锂电池的内阻和容量直观来看，为了保证电池的
13、内阻不是太大，要求隔膜是能够被电池所用电解液完全浸润，但是目前这方面没有一个公认的检测标准。当前市场上通用的衡量标准是：取一定面积的隔膜完全浸泡在电解液中，看隔膜吸收电解液的重量（常用单位是g/m2） ，同样厚度的隔膜，吸收的重量越大，浸润效果越好。浸润度一方面与隔膜材料本身有关，还与隔膜的表面及内部微观结构密切相关，另一方面与电解液的配方也有很大关系。5、 穿刺强度反映隔膜抗外力穿刺的能力，影响电池的短路率和安全性电池生产和使用中都有可能产生外力穿刺。电池生产方面，受限于电极表面涂覆不够平整、电极边缘有毛刺等情况，以及装配过程中工艺水平有限等因素，有可能对隔膜产生穿刺作用；另一方面，电池使用
14、过程中，电池内部会逐渐形成枝状晶体，也有可能刺破隔膜，造成内部微短路。在微结构一定的情况下，相对来说穿刺强度高的，其装配不良率低。但是单纯追求高穿刺强度，也必然导致隔膜的其他性能下降。一般对产品都会做穿刺实验验证隔膜的可靠性，对于湿法工艺一般要求穿刺强度大于300g/20um。6、 热收缩率反映隔膜高温环境下的尺寸稳定性 一方面，隔膜需要在电池使用的温度范围内（-2060）保持尺寸稳定；另一方面，在电池生产过程中由于电解液对水份非常敏感，大多数厂家会在注液前进行 85左右的烘烤，要求在这个温度下隔膜的尺寸也应该稳定，否则会造成电池在烘烤时，隔膜收缩过大，极片外露造成短路。以湿法隔膜为例，一般要
15、求 90条件下加热2小时条件下，纵向5.0%，横向3.0%。7、闭孔温度、破膜温度反映隔膜耐热性能和热安全性能的最重要参数闭孔温度是指达到这一温度后，隔膜能够在热作用下关闭孔隙，从而在电池内部形成断路，防止电池内部温度由于内部电流过大进一步上升，造成安全隐患。这一特性可以为锂离子电池提供一个额外的安全保护。需要指出的是：闭孔温度与材料本身的熔点密切相关，如PE为128135，PP 在150160。同时，不同的微结构对热关闭温度有一定的影响。破膜温度是造成电池破坏的极限温度，在此温度下，隔膜完全融化收缩，电极内部短路产生高温直至电池解体或爆炸。破膜温度闭孔温度反映了隔膜的温度安全区间，以单层PE
16、膜为例，闭孔温度在128135，破膜温度一般大于145，温度保护区间为145-135=10。8、孔隙率反映隔膜内部的微孔数量，影响电池内阻孔隙率是材料中孔隙体积占总体积的比例，反映隔膜内部微孔体积占比多少。孔隙率的大小影响电池的内阻，但不同种隔膜之间的空隙率的绝对值无法直接比较。孔隙率较大便于锂离子通过，但是孔隙率过大则影响机械强度和闭孔性能。目前商用隔膜孔隙率一般在40%60%之间。3、锂电池隔膜的生产工艺对比目前市场上主流的锂电池隔膜生产工艺包括两种技术流派，即干法（熔融拉升工艺）和湿法（热致相分离工艺），其中干法工艺又可细分为干法单向拉伸工艺和干法双向拉伸工艺。两种方法都包括至少一个取向
17、步骤使薄膜产生空隙并提高拉升强度。干法制备工艺原理干法的制备原理是先将高聚物原料熔融，之后高聚物熔体挤出时在拉伸应力下结晶，形成垂直于挤出方向而又平行排列的片晶结构，并经过热处理得到硬弹性材料。具有硬弹性的聚合物膜经过拉伸环节之后发生片晶之间的分离而形成狭缝状微孔，再经过热定型制得微孔膜。该工艺对过程精密控制要求高，尤其是拉伸温度高于聚合物的玻璃化温度而低于聚合物的结晶温度。目前主要包括干法单向拉伸和双向拉伸工艺。干法工艺的主要难点在于过程控制精度要求严格，孔隙率控制较难把握。图 2：干法生产工艺的主要步骤干法单向拉伸工艺源自美国 Celgard 公司从技术源头来看，干法单向拉伸工艺源自美国
18、Celgard 公司，该方法主要是在在熔融挤出成膜后经退火结晶处理形成半结晶PP/PE/PP，单向拉伸出微裂纹（银纹），孔隙率在 30-40%。该工艺经过几十年的发展在美国、日本已经非常成熟，美国Celgard 公司拥有干法单向拉伸工艺的一系列专利，日本 UBE 公司则通过购买 Celgard 的相关专利使用权进行生产。采用干法单向拉伸方法生产的隔膜具有扁长的微孔结构。从性能上看，没有横向拉伸步骤有利有弊：由于只进行单向拉伸，隔膜的横向强度比较差，但正是由于没有进行横向拉伸，横向几乎没有热收缩。干法双向拉伸工艺源自中科院化学所，美国 Celgard 集大成干法双向拉伸技术源自中科院化学所，该所
19、是我国最早从事锂电池隔膜研究的单位，后又得到国家863计划的支持。该技术通过在聚丙烯中加入具有成核作用的晶型改进剂，利用聚丙烯不同相态间密度的差异，在拉伸过程中发生晶型转变形成微孔，用于生产单层PP膜。尽管中科院化学所拥有专利技术，但是其集大成者却是美国Celgard公司。2001年，化学所将其在美国、英国和日本申请的干法双向拉伸专利权转让给美国 Celgard 公司。国内的新乡格瑞恩公司以及新时科技的技术就来自于中科院化学所，采用的是干法 “双向拉伸” 技术生产单层 PP 膜，其中新乡格瑞恩已经成功实现产业化。湿法工艺目前在日韩厂商中占据主流和干法相比，湿法需要有机溶剂，其基本过程是指在高温
20、下将聚合物溶于高沸点、低挥发性的溶剂中形成均相液，然后降温冷却，导致溶液产生液固相分离或液液相分离，再选用挥发性试剂将高沸点溶剂萃取出来，经过干燥获得一定结构形状的高分子微孔膜。在隔膜用微孔膜制造过程中，可以在溶剂萃取前进行单向或双向拉伸，萃取后进行定型处理并收卷成膜，也可以在萃取后进行拉伸。用这种方法生产的超高分子量聚乙烯微孔 膜具有良好的机械性能。和干法相比，湿法的制膜过程相对容易调控，可以较好地控制孔径、孔径分布和孔隙率。但制备过程中需要大量的溶剂，容易造成环境污染，而且与干法熔融拉伸法相比工艺相对复杂。目前日韩厂商采用湿法工艺的公司较多，主要有日本旭化成、东燃化学、三菱化学、韩国 SK
21、 化学和美国 Entek 等。图3、湿法生产工艺的主要步骤表1、各种生产工艺的特点比较图4、锂电池隔膜技术发展与产业衍生图谱图4给出了三种主要技术流派发展以及其向行业衍生的图谱。从目前隔膜下游锂电池生产企业的采购格局来看，主要订单集中在美国 Celgard、日本 UBE、日本旭化成、东燃化学等公司手中，四家家企业是目前国际上隔膜生产企业的第一梯队。美国 Celgard 代表了干法工艺的最高技术，日本 UBE 通过购买专利，依靠性价比优势切入市场，日本旭化成和东燃化学则是湿法工艺的领先企业。4、隔膜生产的难度在哪里？以湿法为例的技术剖析我国隔膜行业的发展瓶颈主要在于两个方面，即基体原材料和生产过
22、程精密控制。基体材料方面我国目前依然主要依赖进口， 但供给相对充足， 不是现阶段影响隔膜行业发展的主要因素。基体材料制备包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加剂的制备和改性技术。生产隔膜所采用基体材料对隔膜力学性能以及与电解液的浸润度等重要指标有直接的联系。世界上主要的隔膜供应商日本旭化成和东燃化学以及美国 Celgard 等巨头都有自己独立的高分子实验室，具备非常深厚的基础化学研究背景。对比而言，我国锂电池企业所采用的基体材料基本都是通过外购，自身研发实力不强，而日本旭化成与 Celgard 则自己生产部分聚丙烯、聚乙烯材料。从行业发展角度来看，目前我国主要的基体材料仍然主要依赖进口，但是从价格来看，
23、较为稳定，对行业发展限制程度相对较小。从长远来看， 隔膜基体材料领域基础研究能力加强是我国隔膜行业做强的必有之路。具备基体材料的基础研究能力可以大幅提升新产品的性能。以日本东燃化学为例，自从东燃化学和美孚化工合作后，采用美孚化工研发的高熔点聚乙烯材料后，东燃化学公司推出了熔点高达 170180的湿法PE锂电池隔膜。采用特殊处理的基体材料，可以极大的提高隔膜的性能，从而满足锂电池一些特殊的用途。从行业发展的持续创新能力来看，只有具备基体材料研发和生产能力之后，我国隔膜企业才能充当世界隔膜产业的引领者。生产过程精密控制能力不足导致产品一致性指标较差是影响国内隔膜行业发展的主要原因。鉴于隔膜产品对产
24、品均一性的严格要求，生产过程精密控制则成为了隔膜行业发展的主要瓶颈。我们以湿法生产工艺为例说明隔膜生产的难点和特殊性。表2：湿法生产工艺各个主要环节的难点分析生产环节技术难点投料和配料系统投料和配料的稳定性直接关系到挤出过程的稳定性，并且对厚片和薄膜的厚度产生重要的影响，从而影响到后续加工和产品的性能和质量，例如主料和成孔剂的比例是锂离子电池隔膜微孔孔径的大小及分布的影响因素之一。所以，投料和配料必须要得到比较高的精度保证，一般需要安装电脑精密控制的在线实时计量系统。挤出混合系统该环节需要满足如下的要求：（1）能够具备较强的剪切塑化能力，让主料快速、均匀的塑化；（2）能够具备很好的混合效果，让
25、主料与成孔剂均匀混合；（3）能够让物料与挤出机之间不打滑、不倒流、能够 稳定进料。该环节对混合的均匀性以及进料的稳定性计量要求严格。铸片冷却系统需要满足如下的要求：（1）冷却熔体，形成厚片；（2）急冷熔体，降低厚片结晶度，防止球晶的形成；（3）急冷“塑料成孔剂”混合 物熔体，使成孔剂与聚烯烃产生热致性相分离；（4）急冷厚片表面，使已产生相分离的大部分成孔剂被锁在厚片里面，使成孔剂不容易流走和渗出。该环节对温度控制和冷却速度的控制要求精度很高。拉伸系统拉伸系统是薄膜生产的另一个核心环节。目的是使分子链在拉伸的过程中产生取向，从而改善和提高产品的应用性能。经过双向拉伸后的油膜， 分子链得到了纵横两
26、个方向取向，而成孔剂也均匀地分布在发生了取向的分子链之间，形成了特殊的“网-油”混合结构。从热力学角度来看， 这时锂离子隔膜的微孔或微孔形状已经形成，只是成孔剂还仍然占据了孔的位置，堵住了隔膜的孔眼，使得微孔还没有呈现出来。收卷系统要求收卷张力始终保持在合适的范围之内，并且能够实时调整， 锂离子隔膜的油膜由于成孔剂的存在，收卷张力过小容易造成打滑跑偏，而张力过大又会造成纵向碰得太紧产生纵皱，影响后续加工的质量。洗涤烘干系统该环节是湿法锂离子隔膜生产特有的工序过程。因为经上一道工序加工后的薄膜虽然主料膜网与成孔剂基本上已经产生了相分离，但成孔剂还仍然分布在产生了双向取向的分子链之间。洗涤烘干系统的
